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基于E类放大器的无线电能传输系统设计

1，2，薛伟民，

（1.江苏省输配电装备技术重点；2.河海大学物联网，常州213022）

1：tangweihhu@163.com；2：2、daiweili2001@163.com

本文简要分析了E类放大器在无线电能传输领域的发展现状，对基于E类放大器的无线电能传

输系统的设计方法进行了详细分析。根据待充电电池不同的最大功率传输点，通过设定最大功率传输负载点

而对电磁耦合器的原边与副边绕组进行补偿，并确定补偿容值，保证了设计方法在不同应用中的适用性。电

磁耦合器的原边线圈既充当了E类放大器的谐振电感，又作为线圈传输电能，省去了额外的谐振电感，

降低了系统成本与体积。同时，对基于E类放大器的无线电能传输系统建立了仿真模型，进行了理论仿真。

最后，制作了一台原理样机，进行了效率与波形测试，验证了理论分析与参数的设计方法。实验结果表明：

当传输距离为10mm，输入电压30VDC时，系统能量传输效率最高达到72%，最大传输功率为4.2W。

E类放大器，无线电能传输，补偿电路，电磁耦合

1．引言

目前，无线电能传输技术的研究方向大致分为远距离传输和近距离传输两种。远距离传输效率

较低，因而未能得到广泛应用。近距离无线电能传输效率较高，在便携式电子设备领域已经得以应

用，诸如等移动电子产品正逐渐摆脱充电导线的限制。E类放大器自1975年由NathanO.Sokal

[1]

提出以来，就以转换效率高、电路结构简单等特点，受到各国学者的广泛重视，其应用领域已拓

展至无线供电系统。研究者们对基于E类的无线电能传输进行了大量地研究，取得了较为丰富的

成果，已被应用于便携设备充电器、生物医疗电子非接触供电等领域[2,3,4]。

如图1所示是基于E类放大器的无线电能传输系统基本框图。E类放大器将直流电压变换成

高频正弦交流电压，通过分离式变压器的原边线圈传送到副边的接收线圈后给负载供电。E类

放大器变换效率高，理论效率可达100%。实际制作电路时，E类放大器的效率也通常在95%以上。

文献[5]中利用E类放大器作为DC/AC电路，进行无线电能传输。测试表明，当传输距离为10mm

时，系统最大传输功率为3.7W，效率达66%。文中和接收线圈均为利兹线绕制的空心线圈，

其电磁耦合强度小于带有磁芯的电磁耦合器。本文拟采用罐型磁芯以约束磁路结构，和接收线

圈之间的电磁耦合强度将得以增强，从而改善电能传输的效率。

LLCCp

DCoutout

LpLs

QCIpCRL

shuntIss

图1无线电能传输系统电路原理图

2．参数分析设计

如图1所示，系统采用串并补偿电路，C和C是串联关系，在实际设计过程中，C与C

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江苏省输配电装备技术重点开放基金（2010JSSPD01），国家级大学生创新训练项目（201110294043）

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只用一个电容C代替。图2所示是图1的等效互感模型，由于原边线圈既作谐振电感，又作

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